Kirken er opført i 1898 efter tegninger af arkitekten Carl Lendorf (1839-1918), som på Frederiksberg også tegnede Sankt Markus Kirke.
Kirken har sit navn eftet apostlen Thomas.
Da Frederiksberg voksede i slutningen af 1800-tallet, blev det store Frederiksberg sogn delt i fem nye sogne – herunder Sankt Thomas. Alene i dette sogn boede der omkring 1900 hele 20.000 indbyggere.
Kirken blev opført for midler indsamlet af Frederiksberg Kirkesag, Grunden blev skænket af staten, som afgav en del af Landbohøjskolens forsøgsmarker.
